湯德意

(浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020)

1 工程概況

靈昆北段標(biāo)準(zhǔn)堤(一期)工程位于甌江口靈昆島北岸,堤線全長(zhǎng)4.032 km。根據(jù)建設(shè)單位要求,本工程預(yù)留一處碼頭通道,為防洪擋潮需要,擬建設(shè)1座凈寬7 m(1孔)的旱閘。

防洪擋潮標(biāo)準(zhǔn):標(biāo)準(zhǔn)堤擋潮標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇高潮位遭遇50 a一遇的風(fēng)浪,按允許部分越浪設(shè)計(jì)。旱閘按50 a一遇擋潮標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

標(biāo)準(zhǔn)堤堤身為C30鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),防浪墻頂高程7.20 m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn),下同),堤頂高程6.40 m,堤頂寬4.8m?？蚣軆?nèi)側(cè)設(shè)擋土板,擋土板后側(cè)回填黏土。黏土回填平臺(tái)高程為5.10 m,寬6.0 m。平臺(tái)以下設(shè)1∶3的邊坡至地面,邊坡采用草皮?？蚣芙Y(jié)構(gòu)每23 m分縫,基礎(chǔ)采用φ 800 mm鋼筋混凝土灌注樁,橫向2排,樁長(zhǎng)20 m,縱向間距4 m。

旱閘閘室為鋼筋混凝土U型整體結(jié)構(gòu),長(zhǎng)10.8 m,閘孔凈寬7m(1孔),采用人字型鋼閘門。外海側(cè)、內(nèi)河側(cè)閘底檻高程分別為5.30,5.40 m,底板厚度分別為100,110 cm;閘墩頂高程為7.20 m,厚75 cm。閘室基礎(chǔ)采用φ 800mm鋼筋混凝土灌注樁,橫向3排,樁長(zhǎng)25 m,縱向間距3.5 m,共9根。

2 防洪影響分析計(jì)算

根據(jù)水文分析計(jì)算、旱閘安全性計(jì)算及工程建成后的運(yùn)行要求,確定擬建旱閘特征水位和閘底高程,并對(duì)擬建旱閘處的碼頭通道防洪影響進(jìn)行分析,包括旱閘底高程的確定、防洪評(píng)價(jià)計(jì)算和防洪綜合評(píng)價(jià)等。依據(jù)①《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》[1];②《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則》(試行)[2];③《龍灣區(qū)靈昆北段標(biāo)準(zhǔn)堤(一期)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》(浙江廣川工程咨詢有限公司,2007年8月)[3];④有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)計(jì)算分析和評(píng)價(jià)結(jié)果,提供防洪影響分析成果。

2.1 工程水文

以下為本工程初步設(shè)計(jì)成果。

2.1.1 設(shè)計(jì)高潮位

設(shè)計(jì)高潮位成果見表1。

表1 設(shè)計(jì)高潮位成果表

2.1.2 設(shè)計(jì)低潮位

設(shè)計(jì)低潮位成果見表2。

表2 設(shè)計(jì)低潮位成果表

2.1.3 設(shè)計(jì)波浪

靈昆北堤主要受NW—NNW、N—NNE和NE—ENE向的風(fēng)浪控制,堤前設(shè)計(jì)波要素見表3。

表3 堤前波浪要素成果表

2.2 河勢(shì)的演變特征及流速變化分析

2.2.1 河勢(shì)概況

靈昆島在甌江河口將江道分成“南口”、“北口”2槽(見圖1)。其中北口為主槽,水深大,為主要航運(yùn)通道,江面寬2 000～2 400 m;南口水淺,沙灘散亂,河槽逐漸淤積,江面寬1 800～2 000 m。甌江河流出龍灣進(jìn)入北口以后,河槽呈微彎河勢(shì),靈昆島北側(cè)呈凸岸。

靈昆島下游是甌江口外規(guī)模最大、發(fā)育最完善的攔門沙灘—溫州淺灘。1979年在南口上端拋筑潛壩后,南口逐漸淤積。根據(jù)靈昆南、北口歷年河道容積變化和漲落潮量分配比的變化,可以預(yù)計(jì),隨著南口河床日趨萎縮,而北口河床日趨擴(kuò)大。

圖1 工程區(qū)域河勢(shì)平面圖

2.2.2 水流平面流態(tài)

本工程海域大范圍的漲潮流自東向西傳播,由于眾多島嶼的分流作用,大致分為由東北向西、正東向西、東南向西3股主要漲潮流,進(jìn)入甌江口門后,靈昆島把漲潮流分為2汊(北汊和南汊)。北汊的潮流為2股潮的疊加,一股是由黃大岙水道和重山水道合二為一進(jìn)入中水道的潮流,同時(shí)重山水道還接納了一部分來(lái)自南邊寬闊海域穿越溫州淺灘在霓嶼島西側(cè)北上的潮流。另一股經(jīng)大門水道和沙頭水道合并后在崎頭處直接進(jìn)入北汊。進(jìn)入南汊的潮流是由寬闊海域從東南向進(jìn)入南水道后直接進(jìn)入甌江。北汊和南汊的潮流又在龍灣河段匯合后上溯。落潮流主要分南北2支,南支流向進(jìn)入寬闊海域;北支落潮流大都經(jīng)中水道、黃大岙水道和重山水道流出,一部分經(jīng)重山水道的落潮流又越過淺灘經(jīng)霓嶼島西側(cè)與南水道的落潮匯合。甌江口區(qū)域漲、落潮流矢圖見圖2、3。

圖2 歐江口區(qū)域漲急流矢圖

圖3 歐江口區(qū)域落急流矢圖

2.2.3 漲落潮流速

靈昆北堤沿線甌江北口七里港區(qū)至中水道上游由西至東漲潮平均流速在0.85～1.17 m/s,最大漲潮流速在1.25～1.75 m/s。落潮平均流速在0.66～0.98 m/s,最大落潮流速在0.86～1.29 m/s。外側(cè)口門處漲落潮流速較大,靈昆島上游漲落潮流速較小。

2.2.4 岸灘變化

由于漲落潮流的分汊以及流線、流速的不同,造成靈昆島沿岸邊坡岸灘的形態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)的差異。就靈昆島南北口而言,總的趨勢(shì)是南口淤北口沖;就靈昆島北岸而言,由于北岸西端是上游洪水落潮流的頂沖部位,邊灘沖刷明顯,堤防容易失穩(wěn);而北岸東端也是漲潮流的沖刷部位,邊灘有一定的沖刷;北岸中段相比北岸東端沖刷程度略輕,但隨著南口潛堤的加高,南口淺灘的進(jìn)一步淤積縮窄,也同樣將增加北岸中段的沖刷程度。

2.3 擬建旱閘閘頂、閘底高程的分析與確定

2.3.1 閘頂高程

閘頂高程取7.20 m,與標(biāo)準(zhǔn)堤防浪墻頂高程一致。

2.3.2 閘底高程

根據(jù) 《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》[4],開敞式碼頭面高程可按下式計(jì)算:

式中:E為碼頭面高程(m);HWL為設(shè)計(jì)高水位(m);經(jīng)計(jì)算,取3.14 m;η0為設(shè)計(jì)高水位時(shí)重現(xiàn)期為50 a一遇的H1%波高靜水面以上的波峰面高度(m),經(jīng)計(jì)算,取0.85 m;h為碼頭上部結(jié)構(gòu)的高度(m),取1.0 m;Δ為波峰面以上至上部結(jié)構(gòu)底面的富裕高程(m),取0.5 m。則 E=3.14+0.85+1.0+0.5=5.49 m,取5.50m。

根據(jù)旱閘工程的防洪擋潮需要,并考慮與兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)堤以及旱閘內(nèi)外交通道路的銜接,取閘底高程為5.30 m,略高于50 a一遇的設(shè)計(jì)高潮位(5.22 m)。

2.4 旱閘安全性分析計(jì)算

2.4.1 閘室穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)旱閘的閘室結(jié)構(gòu)布置,按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]規(guī)定的荷載組合,分別對(duì)完建期工況、外海高潮位工況 (H外為50 a一遇設(shè)計(jì)高潮位,H內(nèi)為正常水位)、運(yùn)行期工況3種工況計(jì)算閘室的偏心距、基底應(yīng)力、基底應(yīng)力的不均勻系數(shù)及沿閘室底面的抗滑穩(wěn)定系數(shù)。

由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置,根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》基底應(yīng)力的最大值和最小值按計(jì)算;閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按計(jì)算,f為閘室基底與地基之間的摩擦系數(shù),位于黏土地基的閘取0.20。水閘穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 旱閘穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

從表4可以看出閘室的整體穩(wěn)定和基底應(yīng)力的不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

2.4.2 防滲設(shè)計(jì)

旱閘閘基為淤泥質(zhì)黏土,設(shè)計(jì)采用平展式地下輪廓。閘基防滲長(zhǎng)度,采用滲徑系數(shù)法。根據(jù) 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄—C值表,淤泥質(zhì)黏土的滲徑系數(shù)C=7,最小防滲長(zhǎng)度為:L=CΔ H。

計(jì)算得旱閘的最小防滲長(zhǎng)度為5.04 m,實(shí)際滲徑長(zhǎng)度為11.4 m,滿足防滲設(shè)計(jì)要求。

2.4.3 地基處理

旱閘閘室地基為淤泥質(zhì)黏土,地基承載力低,采用φ 800mm鋼筋混凝土灌注樁,進(jìn)行封閉閘室下部地基,起到延長(zhǎng)滲徑,加固地基的作用。由 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[6],根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力之間的關(guān)系,按下式確定大直徑樁(d≥800 mm)單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值:

經(jīng)計(jì)算,旱閘鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)采用橫向3排,樁長(zhǎng)25 m,縱向間距3.5 m,共9根。

2.4.4 閘門與啟閉設(shè)備

采用人字型鋼閘門。

3 防洪影響綜合評(píng)價(jià)

3.1 符合防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

旱閘開口底高程為5.30 m,略高于50 a一遇設(shè)計(jì)高潮位5.22 m;閘頂高程按50 a一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定為7.20 m,因此,旱閘防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)符合工程及相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定和河道行洪的影響

標(biāo)準(zhǔn)堤在老堤的基礎(chǔ)上加高加固,軸線基本沿老堤外側(cè)6 m布置,在規(guī)劃治導(dǎo)線以內(nèi)。擬建旱閘與防洪堤同步實(shí)施,且旱閘結(jié)構(gòu)外邊線與防洪堤齊平,未挑向河道。因此,就旱閘本身而言,不會(huì)對(duì)其所處河段河勢(shì)產(chǎn)生不利影響。

河道行洪時(shí),旱閘閘門關(guān)閉,與標(biāo)準(zhǔn)堤形成閉合。因此,旱閘本身阻水作用甚微,不會(huì)對(duì)河道水位、流場(chǎng)產(chǎn)生影響,不會(huì)對(duì)河道行洪帶來(lái)不利影響。

3.3 對(duì)防洪堤的影響

旱閘為防洪堤的交叉建筑物,除了需要滿足50 a一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外,還不能影響防洪堤的結(jié)構(gòu)安全、防滲安全。

旱閘作為碼頭通道,為了不影響其兩側(cè)的防洪堤安全,閘室采用獨(dú)立的鋼筋混凝土U型整體結(jié)構(gòu)。閘室地基為淤泥質(zhì)土,地基承載力低,不能滿足要求。因此,閘室基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在充分考慮閘室自身及運(yùn)行期的車輛荷載后,采用鋼筋混凝土灌注樁處理。根據(jù)計(jì)算成果,閘室穩(wěn)定及基礎(chǔ)承載力均滿足規(guī)范要求。運(yùn)行期,應(yīng)加強(qiáng)旱閘沉降及變形觀測(cè),若出現(xiàn)不利情況,則需要采用棧橋或其它措施防止開口處車輛荷載對(duì)防洪堤的影響。

滲透穩(wěn)定是確保防洪堤安全的前提條件,在旱閘設(shè)計(jì)時(shí),為增長(zhǎng)滲徑,閘室底板以下采用半封閉邊墻,并在閘室下部回填黏土,滲流計(jì)算成果表明,防滲設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。同時(shí),在旱閘兩側(cè)邊墩與防洪堤擋土板銜接處設(shè)置了橡膠止水,避免了潮水從分縫處滲入。

通過對(duì)旱閘結(jié)構(gòu)、地基處理及防滲設(shè)計(jì),確保了旱閘不會(huì)對(duì)防洪堤產(chǎn)生不利影響,并具備了防洪堤同樣的防洪擋潮標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 旱閘管理的防汛風(fēng)險(xiǎn)分析

旱閘建設(shè)期和運(yùn)行期,必須服從管理單位、水行政主管部門以及防汛指揮機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)督管理。汛期前應(yīng)編制完善的標(biāo)準(zhǔn)堤和旱閘度汛預(yù)案,報(bào)水行政主管部門及防汛部門審批,并落實(shí)專人和防汛搶險(xiǎn)物資。

旱閘外側(cè)碼頭建設(shè)前,應(yīng)確保閘門關(guān)閉;碼頭在建或建成運(yùn)行期間,如遇臺(tái)風(fēng)、洪潮,應(yīng)提前撤離人員和設(shè)備,并及時(shí)關(guān)閉閘門,確保防汛安全。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)根據(jù)旱閘抗滑穩(wěn)定計(jì)算和滲流分析,計(jì)算結(jié)果滿足抗滑穩(wěn)定及滲透穩(wěn)定要求。做好旱閘與兩側(cè)防洪堤的止水及基礎(chǔ)處理,旱閘建設(shè)不會(huì)對(duì)防洪帶來(lái)明顯的不利影響。

(2)防洪堤開口處是防洪堤岸線的薄弱環(huán)節(jié),必須給予充分的重視。旱閘宜與其兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)堤同步實(shí)施,應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和有關(guān)規(guī)范要求施工,確保工程質(zhì)量。

(3)運(yùn)行期應(yīng)注重對(duì)旱閘的日常檢查和保養(yǎng),確保旱閘安全運(yùn)行。

[1]中華人民共和國(guó)水利部,國(guó)家計(jì)委.水政 [1992]7號(hào)河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定 [S].北京:中華人民共和國(guó)水利部,國(guó)家計(jì)委,1992.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.辦建管 [2004]109號(hào)河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則 (試行)[S].北京:中華人民共和國(guó)水利部辦公廳,2004.

[3]陳秀良,湯德意,翁湛,等.龍灣區(qū)靈昆北段標(biāo)準(zhǔn)堤(一期)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告 [R].杭州:浙江廣川工程咨詢有限公司,2007.

[4]孫毓華,楊希宏,高壽梅,等.JTJ 211—99海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:人民交通出版社,1999.

[5]陳登毅,張平易,許宗喜,等.SL 265—2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001.

[6]黃強(qiáng),劉金礪,高文生,等.JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.